DD159859A5 - Magnetische ruehrgeraete fuer geschmolzenes metall - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Ruehrapparat zum Umruehren eines geschmolzenen Metalles in einer offenen Form, beispielsweise bei einem kontinuierlichen Giessverfahren. Dieser Ruehrapparat beinhaltet Elemente, die ueber der Form angeordnet sind und ein Magnetfeld erzeugen, welches um die senkrechte Achse der Form rotiert und in die Form nach unten eindringt. Das Magnetfeld kann durch eine Reihe elektrischer Leiter hervorgerufen werden, die um die senkrechte Achse der Form herum angeordnet sind. Jeder Leiter ist mit einer anderen Phase einer Mehrphasen- Wechselstromversorgung verbunden. Mit den Leitern koennen ferromagnetische Polschuhe verbunden sein, um einen Feldlinienverlauf mit einem geringen magnetischen Widerstand zu ergeben. Hierdurch werden die Streuverluste des magnetischen Feldes ueber dem Leiter reduziert und das Feld unterhalb des Leiters konzentriert. Dadurch dringt das Magnetfeld nach unten in die Form ein.
Description
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Magnetischer Rührapparat ' . . .
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Apparate zum Timrühren1 von geschmolzenen Metallen.
Beim Gießen von Metallen, beispielsweise von Stahl nach dem kontinuierlichen Gießverfahren, wird der geschmolzene Stahl in eine wassergekühlte Gießform aus Kupfer gegossen, die die Querschnittsform des zu gießenden Profils definiert. Der gegossene Stahl tritt sodann aus dem Boden der Gießform als kontinuierliches Gießband aus. Sobald der geschmolzene Stahl mit der Gießform in Berührung gelangt, erfolgt eine Erstarrung unter Herausbildung einer Haut, welche allmählich an Dicke zunimmt, τ/ienn das Gießband die Gießform durchläuft, bis sich am unteren Ende der Gießform eine Wand mit einer ausreichenden Dicke herausgebildet hat, die den Kern des Gießbandes noch im geschmolzenen Zustand enthält. Nach dem' Verlassen der Gießform wird das Gießband normalerweise durch Wasserstrahlen weiter abgekühlt, so daß der Kern allmählich abkühlt und von seiner äußeren Oberfläche aus erstarrt, bis sich das gesamte Gießband verfestigt hat.
Bei einer Erstarrung des Stahls unter normalen Bedingungen kommt es zur Bildung eines inhomogenen Gefüges, in dem unwillkürlich Verunreinigungen innerhalb des gesamten Gießbandes verteilt sind. Auch die Kristallstruktur des Gießbandes variiert zwischen den äußeren Bereichen, die während des Erstarrungsvorganges hohen Temperaturgradienten unter-
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V υ y ·
worfen sind, und den inneren Bereichen, die relativ niedrigen iDemperaturgradienten unterliegen.
Um ein homogenes Gefiige zu erhalten, ist es erwünscht, das geschmolzene Metall während des gesamten Gießvorganges umzurühren. Es ist bekannt, das geschmolzene Metall in dem Kern des Gießbandes mit elektromagnetischen Wandlern umzurühren, die um das Gießband herum angeordnet sind, wenn dieses aus der Gießform austritt. Diese Methoden rühren jedoch im allgemeinen das Metall im Bereich der Gießform nicht ausreichend um. Derart hergestellte Profile weisen eine Ungleichmäßigkeit· auf, die bisweilen als "weißes Band^' bezeichnet wird.
Es ist das Ziel der Erfindung, das Umrühren innerhalb der Gießform selbst vorzunehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Umrühren innerhalb der Gießform durch die Anordnung von elektromagnetischen Wandlern um die Gießform herum zu realisieren und ein ausreichendes Umrühren innerhalb der Gießform zu erzielen. Dabei ist die hohe elektrische Leitfähigkeit der Kupfergießform, welche das magnetische Feld wesentlich dämpft, zu überwinden, sowie die Schwierigkeiten bei der Positionierung des elektromagnetischen Wandlers um die Gießform herum, zumal dieser zwecks Erreichung des größten Effekts innerhalb des Kühlwassermantels der Gießform angebracht werden muß.
Erfindungsgemäß enthält der Rührapparat zum.Umrühren eines geschmolzenen Metalles in einer oben, offenen Gießform Mittel,
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die oberhalb der Gießform positioniert sind und ein magnetisches Feld erzeugen, das um die senkrechte Achse der Gießform herum rotiert und in Richtung nach unten in die Gießform eindringt.
Vorzugsweise findet für die Erzeugung des rotierenden magnetischen Feldes ein stationärer elektromagnetischer 'Wandler Verwendung. Dieser kann zweckmäßig aus einer Reihe elektrischer Leiter bestehen, welche in der Lage sind, einen hohen Strom zu führen. Diese Leiter sind in einem bestimmten Abstand oberhalb der Gießform um die senkrechte Achse derselben herum angeordnet. Jeder Leiter ist mit einer unterschiedlichen Phase einer Mehrphasen-Wechselstromversorgung verbunden. Die Reihenforlge der Leiter entspricht der Reihenfolge der Phasen, so ,daß durch die Leiter ein rotierendes magnetisches Feld erzeugt wird.
Vorzugsweise sind die elektrischen Leiter aus nichtferromagnetischen, elektrisch leitenden Materialien hergestellt, zum Beispiel aus Kupfer in Form geschlossener Schleifen, die aus Stärke hergestellt sind. In diesen Schleifen werden hohe Ströme durch Erregerspulen induziert, die entweder
um die Leiter gewickelt oder über ferromagnetische Kerne mit den Leitern gekoppelt sein können. Diese Schleifen werden zweckmäßig durch ein Paar Koaxialringe gebildet, die eine Vielzahl von Verbindungszylindern aufweisen. Die Erregerspulen sind dabei auf diese Verbindungszylinder angeordnet. Die Koaxialringe können in derselben Ebene liegen, sie sind aber vorzugsweise jeweils übereinander angeordnet. In einem solchen Falle kann der untere Ring zweckmäßig durch die Wände der Gießform selbst gebildet werden.
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Bei dieser Form des Rührapparates wird das magnetische Feld symmetrisch oberhalb und unterhalb der Leiter gebildet und da das geschmolzene Metall in der Gießform nur durch das magnetische Feld unterhalb der Leiter umgerührt wird, wird ein signifikanter Teil des magnetischen Feldes, welches durch die Leiter erzeugt wird, nicht ausgenützt. Der Wirkungsgrad des Rührapparates kann verbessert werden, indem die Leiter mit ferromagnetischen Polschuhen versehen werden, die einen Kraftlinienweg mit geringem magnetischen Wiederstand erzeugen, der die Streuverluste des magnetischen Feldes oberhalb der Leiter herabsetzt und das magnetische Feld unterhalb der Leiter konzentriert. Die ferromagnetischeη Polschuhe können um die Oberseite, die äußeren und unteren Ränder der Leiter angeordnet werden, wobei die Ränder der Leiter in Richtung der senkrechten Achse der Gießform frei bleiben. Die Anordnung der Leiter in Form eines Koaxialringes brauchen nur der obere und der innere Ring mit Polschuhen versehen zu werden.
Da das durch den Wandler erzeugte magnetische Feld in das geschmolzene Metall in der Gießform durch die offene Oberseite der Form und nicht durch die Wände derselben eindringt, tritt eine vergleichsweise geringe Dämpfung des magnetischen Feldes ein und demzufolge können normale Frequenzen von 50 Hz bis 60 Hz, statt niedriger Frequenzen, verwendet werden, die bei Rührapparaten, die um die Gießform herum angeordnet sind, erforderlich waren. Normalerweise wird der elektromagnetische Wandler konstruiert, daß ein Strom mit mehr als 10 000 A bei einem Spannungsabfall von etwa 1 oder 2 V und einer Frequenz von 50 Hz bis 60 Hz in den Leitern induziert wird, wenn jede der Erregerspulen mit einer unterschiedlichen Phase einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung verbunden ist. ·
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Vorteilhaft ist es, wenn ein einzelner gemeinsamer ferromagnetische!· Polschuh mit allen geschlossenen Schleifen des Wandlers, verbunden über den Leitern, die die Schleifen bilden, angeordnet ist und eine Reihe einzelner Polschuhe jeder mit einer anderen Schleife verbunden, unterhalb der Leiter, die die Schleifen bilden, angeordnet ist. Diese Eeihe einzelner Polschuhe ist mit dem gemeinsamen Polschuh durch ferromagnetische Platten verbunden, die sich nahe des äußeren Randes der Leiter befinden.
Die einzelnen Polschuhe sind als eine einzelne Platte angeordnet, wobei die Polschuhe durch nichtferromagnetische Zwischenstücke voneinander getrennt sind. . ·
Die nichtferromagnetischen Zwischenstücke sind vorteilhaft aus nichtrostendem Stahl gefertigt.
Es kann auch vorteilhaft sein, daß eine Vielzahl einzelner Polschuhe mit einer oder mehreren Schleifen derart verbunden ist, daß die Polschuhe, unabhängig von der Anordnung der Schleifen, bezogen auf die Form, symmetrisch zu der Form angeordnet sind. .
Vorteilhaft ist der obere Ring des elektromagnetischen Wandlers geringfügig über der Oberseite der Form angeordnet und der untere Ring umgibt den oberen Rand der Form.
Die einzelnen Polschuhe sind zweckmäßig zwischen den beiden Ringen angeordnet.
Der innere oder obere Ring weist im wesentlichen dieselbe Konfiguration auf, wie die offene Oberseite der Form,
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Die ferromagnetische Polschuhe können eine mehrschichtige Konstruktion aufweisen. Dann ist es vorteilhaft, daß die exponierten Kanten-, der.einzelnen Schichten der mehrschichtigen Polschuhe durch Platten aus einem nichtferromagnetischen Material abgedeckt werden.
Die Abdeckplatten sind zweckmäßig aus nichtrostendem Stahl gefertigt.
Ausführungsbeispiel ,
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher beschrieben. Die beigefügten Zeichnungen zeigens
Fig. 1$ eine schematische Darstellung einer Form des elektromagnetischen Wandlers, gemäß der vorliegenden Erfindung; ·
Fig. 2: das magnetische Feld, welches durch den mittleren Ring auf der Linie II-II in Fig. 1 zu einem gegebenen Zeitpunkt der Wechselstromperiode erzeugt wird; ,
Fig. 3: eine schematische Darstellung eines kontinuierlichen Gießapparates einschließlich eines elektromagnetischen Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig» 4, 5 und 6: alternative Formen eines elektromagnetischen Wandlers, gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7i eine Schaltung für die "Umwandlung eines Dreiphasen-Wechselstromes in einen Vierphasen-Wechselstrom
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für eine Verwendung dem in Abbildung 6 wiedergege-Wandler}
Fig. 8: eine alternative Methode des Koppeins der Erregerspulen mit den Leitern;
Fig. 9: eine Modifikation der in Fig. 5 gezeigten Ausführung;
Fig. 10: eine Schnittdarstellung des in Fig. 9 gezeigten Hihrapparates längs der Linie H-IIj
Fig. 11: eine ähnliche Ansicht der Fig. 9, wobei es sich um eine -weitere modifizierte Version der in Fig. Miiedergegebenen handelt;
Fig. 12: eine teilweise Schnittdarstellung einer Modifikation der in den Fig. 9, 10 und 11 gezeigten Ausführungen.
Der in Fig. 1 wiedergegebene elektromagnetische Wandler besteht aus einem inneren Hing 10 und aus einem äußeren Ring 11, gebildet aus dicken Kupferstäben. Diese Ringe sind an den Stellen a, b, c bzw. x, y, ζ durch Kupferstäbe 12, 13 und 14 verbunden. Auf diesen Kupferstäben 12, 13 und 14 befinden sich$2rregerspulen 15, 16 und 17, die· jeweils an eine unterschiedliche Phase einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung angeschlossen sind. Der Durchgang des •Stromes durch die Erregerspulen Ί5, 16 und 17 induziert in den Kupferstäben 12, 13, und 14 Ströme, wobei die Stärke und die Richtung dieser Ströme von der Lage im Zyklus der Dreiphasenstromversorgung abhängen. Abhängig von der Stärke und der Richtung der in den Kupferstäben 12, 13 und
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induzierten Ströme werden durch in wenigstens zweien der Abschnitt ab, bc und ca des inneren Einges 10 und der Abschnitte xy, yz und zx des äußeren Einges 11 resultierenden Ströme fließen. Zum Beispiel dann, wenn der durch die mit der ersten Phase verbundenen Erregerspule 15 fließende Strom einen Maximalwert durchläuft und die Ströme der Erregerspulen 16 und .17, die mit den zweiten und dritten Phasen verbunden sind, 1/2 Maximalwert aufweisen. Unter diesen Bedingungen ist der in dem Kupferstab 12 induzierte Strom gleich i und fließt in Eichtung des inneren Einges 10, während die in den Stäben 13 und 14 induzierten Ströme gleich i/2 sind und von dem Eing 10 .wegfließen. Als Folge der in den Kupferstäben 12, 13 und 14 induzierten Ströme fließen Ströme in den'geschlossenen Schleifen abyx und aczx, wie der Fig. 1 entnommen werden kann. In den Kupferstäben bc oder yz fließt kein Strom. Die Ströme in den Abschnitten ab und ac des inneren Einges.10 sind gleich und erzeugen um die entsprechenden Segmente magnetische Felder, wie der Fig. 2 entnommen werden kann. Da die Ströme in den Abschnitten ab und ac in derselben Eichtung fließen, heben sich die magnetischen Felder, innerhalb des inneren Einges 10 im wesentlichen auf. Die magnetischen Felder oberhalb und unterhalb des Einges 10 verstärken sich jedoch untereinander und das daraus resultierende magnetische Feld M liegt im wesentlichen parallel zu der Ebene des Einges 10 oberhalb und unterhalb des Einges 10, wie es durch die Pfeile in Fig, angegeben ist. Mit der Phase der Netzstromversorgung ändert sich die Verteilung der Ströme in den Leitern und das durch die Ströme induzierte magnetische Feld M rotiert um die zur Ebene des inneren Einges 10 der senkrechten Achse, Durch die Ströme, die im äußeren Eing 11 fließen, werden ebenfalls magnetische Felder erzeugt, die -jedoch praktisch einen . größeren Abstand von der Eührflache aufweisen und eine ge-
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ringe Wirkung haben. .
Beim Einsatz in einer kontinuierlichen1 Gießmaschine befindet sich der"Wandler 9 (Fig. 3)» beschrieben unter Bezug auf die Fig. 1 und 2, unmittelbar oberhalb einer wassergekühlten Kupfergießform 20 koaxial zu dieser, so daß das Umrühren um die Längsachse der Gießform 20 herum erfolgt. Der innere Eing 10 bietet ausreichend Platz zum Eingießen des flüssigen ι Metalles 21 in die Gießform, aus einem Einlauftrichter über eine Keramikdüse 22, wie die Fig. 3 zeigt. Das durch den Wandler 9 erzeugte umlaufende magnetische Feld M induziert in- dem geschmolzenen Metall 21 innerhalb der Gießform 20 einen elektrischen Strom, der wiederum ein magnetisches Feld hervorruft, welches mit dem durch den Wandler 9 hervorgerufenen magnetischen Feld M zur ?fechselwirkung gelangt· Diese Wechselwirkung der magnetischen Felder verursacht die Rotation des geschmolzenen Metalles 21 in der Gießform 20 mit dem magnetischen Feld M um die Längsachse der Gießform 20. Diese Rührbewegung trägt dazu bei, daß die leichteren Verunreinigungen in dem geschmolzenen Stahl 21 in Richtung zur Mitte der Gießform 20 zentrifugiert werden. Auch wird bei dieser Rührbewegung die Bildung eines gleichmäßigen kristallinen Gefüges innerhalb der Gießform 20 unterstützt.
Wenn ein magnetisches Feld M durch das oben offene Ende in die Gießform 20 eintrifft, wirkt die hohe elektrische Leitfähigkeit der Kupferwände der Form 20 nicht dämpfend auf das magnetische Feld Me
Der Wirkungsgrad des Wandlers der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde, kann durch die Anordnung des Ringes .11 unterhalb des Ringes 10 vergrößert werden, wie der Fig. 4 entnommen werden kann. In dieser Konfiguration
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verstärken sich das unterhalb des oberen Ringes 10 erzeugte magnetische Feld M, und das oberhalb des .unteren Ringes 11 erzeugte gegenseitig zu einen relativ starken magnetischen Feld zwischen den Ringen 10 und 11. Bei dieser Konfiguration des Wandlers kann der obere Ring 10 dieselben Abmessungen aufweisen, wie die Öffnung der Gießform, so daß die öffnung der Gießform 20 nicht eingeengt wird. Der untere Ring 11 wird geringfügig größer ausgeführt als die Außenabmessung der Gießform '20, so daß der Wandler so angeordnet werden kann, das sich der Ring 11 um den oberen Rand der Gießform 20 herum und der Ring 10 oberhalb der Gießform 20 befinden, aber in einer unmittelbaren Nähe davon. So kommt es zu einem maximalen Eindringen des durch die. Ringe 10 und 11 hervorgerufenen magnetischen Feldes in die Gießform 20.
Die in den Fig. 3 und 4 wiedergegebenen Wandler werden dicht oberhalb der Oberseite der Gießform angeordnet und es besteht keine Notwendigkeit , die Gießform irgendwie zu ändern oder zu modifizieren. Diese ¥/andler eignen sich deshalb besonders für die Umrüstung von vorhandenen Gießmaschinen, Wenn neue Gießformen konstruiert werden, kann die Gießform 20 selbst als unterer Ring 11 benutzt werden, wie in Fig, 5 dargestellt ist.
Die oben beschriebenen Wandler werden vorteilhaft aus einer Reihe von drei Leitern aufgebaut, die nacheinander mit einem Dreiphasen-Wechselstrom· erre.gt werden. Dieser Aufbau ist besonders für Gießformen mit kreisförmigem Querschnitt geeignet, läßt sich aber auch für quadratische oder rechteckige Gießformen verwenden, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Weil hier jedoch vier Seitenteile vorhanden sind, ist es praktisch möglich, eine symmetrische Anordnung zu verwenden, bei welcher
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jede Wand der Gießform 20 mit dem oberen Eing 10 durch einen Zupferstab (12, 13, 14, 18) verbunden und eine Erregerspule (15, 16, 17, 19) mit jedem .der Stäbe (12, 13, 14, 18) gekoppelt ist, wie in Fig. 6 gezeigt ist. In diesem Falle ist statt des Dreiphasen-Wechselstro ines ein Vierphasen-Wechselstrom erforderlich, wobei die normale Dreiphasen-Wechselstromversorgung in eine Vierphasen-Wechselstromversorgung umgewandelt v/erden kann. Diesem Ziel dient die in Fig. 7 wiedergegebene Schaltungsanordnung.
Es ist natürlich bequem, die Dreiphasen-Wechselstromversorgung zu benutzen. Es kann jedoch irgendeine Mehrphasen-Wechselstromversorgung verwendet werden, diß sich für den Querschnitt der Gießform und andere Konstruktionsforderungen eignet. · .
Entsprechend den Ausführungen nach Fig. 3 bis 6 vjerden die Erregerspulen um die Kupferleiter gewickelt. Diese
Leiter werden jedoch sowohl durch die Strahlungswärme des geschmolzenen Metalles erwärmt als auch durch die hohe Stromstärke, die die Leiter durchfließt und es besteht die ^efahr, daß die Erregerspulen durch die starke Wärme beschädigt werden. Gemäß der Fig. 8 kann dieses Problem überwunden werden, indem wenigstens in den Teilen 31 der Leiter nahe der Erregerspulen 32 Kanäle 30 vorgesehen werden, durch die ein Kühlmittel, zum Beispiel Wasser, hindurchgeleitet werden kann, oder die Spulen 32 selbst wurden durch geeignete Mittel gekühlt. Darüber hinaus kann die Gefahr einer Überhitzung der Erregerspulen 32 herabgesetzt werden, indem' diej/Spulen 32 mit den Leitern 31 über ferromagnetische Kerne 33 gekoppelt werden, wie der Fig. 8 .entnommen werden kann. Diese ferromagnetischen Kerne 33 können vorteilhaft eine Schichtkonstruktion aufweisen. .
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Die Gießmaschine zum kontinuierlichen Gießen von Metallen gemäß Fig. 9 beinhaltet eine Gießform 110, definiert durch vier Kupfernände 111 bis 114-, die normalerweise von einem Mantel umgeben sind, so daß die Gießform durch Wasser gekühlt werden kann.
Die Gießform 110 ist mit einem elektromagnetischen Rührapparat 115 ausgestattet, der sich über der oben offenen Gießform 110 'befindet und ein magnetisches Feld erzeugt, welches um die senkrechte Achse der Gießform 110 rotiert und in Richtung nach unten in die Gießform 110 eindringt, um das geschmolzene Metall der Gießform 110 umzurühren. Diese Rührbevjegung trägt dazu bei, daß die leichteren Verunreinigungen in dem geschmolzenen Metall in Sichtung zur Mitte der Gießform zentrifugiert werden. Dabei wird ebenfalls die Bildung eines gleichmäßigen kristallinen Gefüges innerhalb der Gießform 110 unterstützt.
Der elektromagnetische Rührapparat 115 enthält einen Ring 116 mit demselben Querschnitt wie die Peripherie der Gießform 110 und ist koaxial in einem bestimmten Abstand oberhalb der Gießform 110 angeordnet. Die Seitenteile 117 bis 120 des Ringes 116 sind aus dicken Kupferstäben mit quadratischem Querschnitt hergestellt. Die Seitenteile 11?> und 119 des Ringes 116 sind mit den angrenzenden Wänden 111, 112 und 113 der Gießform 110 durch d.ie.Kupferverbindungs· stücke 121, 122 und 123 verbunden.· Die^rreg^rspulen 124, 125 und 126 sind um die Verbindungsstücke 121, 122 und 123 ·
gewickelt und jede dieser Spulen ist. an eine unterschiedliche Phase einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung angeschlossen, wobei die Reihenfolge der Spulen 124·, 125 und 126 gleich der Reihenfolge der Phasen ist.
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Diese Konstruktion bildet eine Reihe von drei geschlossenen Schleifen, deren erste durch die Wände 11.1 und 112 der Gießform 110, das Verbindungsstück 122, die Seitenteile 118 und 117 des Ringes 116 und das Verbindungsstück 121 definiert väird. Die zweite geschlossene Schleife ergibt sich durch-die Wand 113 der Gießform 110, das Verbindungsstück
123, die Seite 119 des Ringes 116 und das-Verbindungsstück '122; die dritte geschlossene Schleife wird durch die Wand 114 der Gießform 110, das Verbindungsstück 123, das Seitenteil 120 des Ringes 116 und das Verbindungsstück 121 definiert» Jede der Schleifen wird durch zwei der Erregerspulen
124, 125 und 126 erregt: die erste durch die Erregerspulen 124 und 125, die zweite durch die Erregerspulen 125 und 126 und die dritte durch die Erregerspulen 126 und 124. Durch diese Erregerspulen' 124, 125 und 126 werden in den geschlossenen Schleifen Ströme induziert, die ein magnetisches Feld erzeugen,.welches um die senkrechte Achse der Gießform 110 rotiert und in Richtung nach unten in das geschmolzene Metall in der Gießform 110 eindringt.
Das durch den elektromagnetischen Rührapparat 115 erzeugte rotierende magnetische Feld induziert in dem geschmolzenen Metall innerhalb der Gießform 110 Wirbelströme, welche wiederum magnetische Felder hervorrufen, die mit dem ro-, tierenden magnetischen Feld in Wechselwirkung treten, die dazu beiträgt, daß das geschmolzene Metall in der Gießform 110 um die senkrechte Achse der Gießform 110 rotiert.
Ein gemeinsamer Polschuh in Form eines Ringes 127 aus ferromagnetischem Material befindet sich auf der oberen Oberfläche des Ringes 116 und drei andere Polschuhe 128, und 130 ebenfalls aus ferromagnetisehern Material, sind an der unteren Oberfläche des Ringes 116 zwischen dieäem und der
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Oberseite der Gießform 110 angebracht. Die Polschuhe 128,
129 und 130 sind mit dem King 127 durch ferromagnetische Platten 131 bis 134 verbunden, die auf den äußeren Oberflächen des Ringes 116 aufliegen« Wie der Fig. 10 entnommen werden kann, können die drei Polschuhe 128, 129 und
130 in Form einer einzigen Platte gefertigt sein, wobei die Zwischenräume zwischen den Polschuhen 128, 129 und 13O durch Zwischenstücke 135» 136 und 137 ausgefüllt sein können. Diese Zwischenstücke 135» -136 und 137 werden aus nichtferromagnetischem Material hergestellt, zum Beispiel aus nichtrostendem Stahl, Hierdurch wird eine geschlossene innere Oberfläche des Rührapparates erhalten, wodurch verhindert wird, daß Spritzer des geschmolzenen "Metalles in die Zwischenräume gelangen, die sonst zwischen den Polschuhen 128, 129 und 130 freibleiben .würden. Auch aus diesem Grunde müssen Zwischenräume zwischen dem Ring 127, dem Ring 116, den Polschuhen 128, 129 und 130 und der Oberseite der Gießform 110 ausgefüllt werden«
Der ferromagnetische Ring 127, die Polschuhe 128, 129 und I30 sowie die Platten 131 bis 134 ergeben einen Feldlinienverlauf mit einem geringen magnetischen Widerstand, wodurch die Streuverluste des magnetischen Feldes über der Oberseite des Ringes 116 herabgesetzt werden und eine Konzentration des magnetischen Feldes unterhalb des Ringes 116 erfolgt. Die Anordnung der Polschuhe 128, 129 und 13O bewirkt auch, daß das magnetische Feld tiefer .in die Gießform 110 eindringt. Bei Verwendung dieser Modifikation ist eine Vergrößerung des Eindringens des magnetischen Feldes in die Gießform 110 in der Größenordnung von 50 % erzielt worden.
Während der oben beschriebene elektromagnetische Rührapparat
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115 eine Reihe von· drei'Schleifen enthält, ist festgestelltworden,, daß der Wirkungsgrad des Rührapparates durch eine symmetrische Anordnung von Polschuhen 140 bis 143 zwischen dem Kupferring 116 und der Oberseite der Gießform 110 verbessert wird. Diese Polschuhe 140 und 143 können erneut in Form eines kontinuierlichen Ringes 144 hergestellt werden, wobei nichtferromagnetische Zwischenstücke 145 bis 148 zwischen die Polschuhe 140 bis 143 eingesetzt werden, wie der 12 entnommen werden kann«
Die Wirkung der ferromagnetischeη Polschuhe kann auch dadurch verbessert werden, daß diese und die ferromagnetischen Verbindungsplatten 131 bis.134 in Schichtkonstruktion ausgeführt werden, wie Fig. 11 zeigt. Die exponierten Kanten der Verbundkonstruktion 150 dieser geschichteten Polschuhe können gegen Spritzer aus geschmolzenem Metall durch U-förmige Abdeckplatten 151 aus nichtferromagnetischem Material, z. B. nichtrostendem Stahl, geschützt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in bezug auf das kontinuierliche Gießen von Metallen beschrieben wurde, kann sie allgemein zum Umrühren von geschmolzenem Metall in einer Gießform beliebiger Ausführung verwendet werden. Obwohl die oben beschriebenen Wandler besonders zum Umrühren von geschmolzenen Metallen in offenen Behältern mit Wänden aus Material hoher elektrischer Leitfähigkeit geeignet sind, die den Durchgang eines magnetischen Feldes bedeutend dämpfen, können sie auch zum Umrühren geschmolzener Metalle in offenen oder geschlossenen Behältern Verwendung finden, die a|us Werkstoffen mit einer geringen nichtelektrischen Leitfähigkeit bestehen. · :
An der oben beschriebenen Ausführung können verschiedene
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Modifikationen vorgenommen werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise, ist es bei jeder Ausführung, wo die Erregerspulen . auf die Kupferleiter
aufgewickelt werden, notwendig, eine angemessene Isolation vorzusehen« Auch werden die Erregerspulen vorzugsweise auf geeignet geformte.ferromagnetische Kerne aufgewickelt^
Wo vier Leiter 12, 13, 12I- und 18 verwendet werden, wie Fig. 6 zeigt, kann eine Alternative gegenüber der in Fig. 7 dargestellten Vierphasen-Wechselstromversorgung angewendet werden, indem die Erregerspulen 15 .und 16 an dieselbe Phase einer Dreiphasen-Wechselstromversqrgung. angeschlossen werden, wobei die Spule 15 im umgekehrten Sinne mit der Spule 16 verbunden wird. Ähnlich werden die Spulen 17 und in umgekehrtem Sinne an dieselbe Phase der anderen Phasen der Dreiphasen-Wechselversorgung angeschlossen.
Die in. Fig, 5 und 6 gezeigte Anordnung, bei der die Gießform selbst als unterer Ring benutzt wird, kann ebenfalls an existierenden Gießformen verwendet werden, wo es bequem ist, in dieser Weise zu verfahren.
in Fig. 5 oder 6 können die Kupferstäbe 12, 13, 14- und 18 von den Ecken der Gießform 20 entweder mit den entsprechenden Ecken des Ringes 10 oder mit den Seitenteilen des Ringes 10 verbunden werden. · . · .
Bei einigen Ausführungen kann es vorteilhaft sein, mehr als eine Erregerspule 15, 16, 17 und 18 ge Phase vorzusehen. Bei einer derartigen Anordnung für eine Dreiphasen-Wechselstromversorgung werden 6 oder 9 Erregerspulen jeweils mit einem entsprechenden Kupferstab um die Gießform herum und um den
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King 10 herum angeordnet. Dabei werden die erste, die vierte usw. die Erregerspulen mit der ersten Phase, die zweite, die fünfte usw. der Erregerspulen mit der zweiten Phase und die dritte, die sechste, usw. der Erregerspulen mit der dritten. Phase verbunden. Eine derartige Anordnung kann für das Umrühren einer längeren rechteckigen Gießform zweckmäßig sein, z. B. einer solchen, wie sie für das kontinuierliche Gießen von Platten verwendet wird, wo mehr als eine.Keramikdüse 22 längs der Längsmittellinie der Gießform in einer relativ schwach umgerührten Geschwindigkeitszone positioniert wird, um die Erosion der Düsen 22 herabzusetzen.
Claims (26)
1 0 1^
1, Magnetischer Rührapparat zum Umrühren eines geschmolzenen Metalles in einer offenen Form, gekennzeichnet durch Elemente (9$ 115), die über der Form (20; 110) ausgebildet sind, wobei diese Elemente (9} 115) ei*3· Magnetfeld (M) hervorrufen, welches um die senkrechte Achse der Form (20; 110) rotiert und dabei in die Form (20; 110) nach unten eindringt,
2, Rührapparat nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die genannten Elemente (9? 115) für die Erzeugung des Magnetfeldes (M) aus einem stationären elektromagnetischen Wandler bestehen. '
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ist und der untere Ring (11) den oberen Rand der Form umgibt. . ·
3· Rührapparat nach Punkt 2, gekennzeichnet -dadurch, daß der elektromagnetische Wandler aus einer Reihe elektri- · scher Leiter (10 bis 14; 116 bis 123) besteht, die in' der Lage sind, einen hohen ^trom zu führen und sich in einem bestimmten Abstand über der Form (20; 110) um die . senkrechte Achse derselben angeordnet, befinden und jeder der Leiter an eine unterschiedliche Phase einer Mehrphasen-Wechselstromversorgung (15 bis 17; 124 bis 126) angeschlossen ist, wobei die Reihenfolge der Leiter der Reihenfolge der Phasen entspricht, damit die durch die Ströme hervorgerufenen Magnetfelder, beim Durchgang durch die Leiter zu dem gewünschten rotierenden Magnetfeld (M) führen,
4. Rührapparat nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß mit den Leitern (117 bis 120) ferromagnetische Polschuhe
5. Rührapparat nach Punkt 3 oder 4·, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrischen Leiter die Form von geschlossenen Schleifen aufweisen, hergestellt aus Stäben (117 bis 123). aus einem nichtferromagnetischen, elektrisch leitenden Material und daß Erregerspulen (124· bis 126) vorgesehen sind, um diesen Schleifen Wechselströme zu induzieren« ,
6. Rührapparat nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß ein einzelner gemeinsamer ferromagnetischer Polschuh (127) mit allen geschlossenen Schleifen des Wandlers (115), verbunden über den Leitern (117 bis· 120), die die Schleifen bilden, angeordnet ist und eine Reihe einzelner Polschuhe (128 bis 130), (jeder mit einer anderen Schleife verbunden, unterhalb der Leiter (117 bis 120), die die Schleifen bilden, angeordnet ist, wobei diese Reihe der einzelnen Polschuhe (128 bis 130) mi-t dem ge-• meinsamen Polschuh (127) durch ferromagnetische Platten (131 bis 134) verbunden ist, die sich nahe des äußeren Randes der Leiter (117 bis 120) befinden.
7· Rührapparat nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die einzelnen Polschuhe (128 bis 13O) als eine einzelne Platte angeordnet sind, wobei die Polschuhe (128 bis 130) durch nichtferromagnetische Zwischenstücke (135 bis 137) voneinander getrennt sind.
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8, Rührapparat nach Punkt 7» gekennzeichnet dadurch, daß die nichtferromagnetischen Zwischenstücke (135 bis 137) aus nichtrostendem Stahl gefertigt sind.
9· Rührapparat, nach einem der Punkte 6, 7 oder 8, gekennzeichnet dadurch, daß eine Vielzahl einzelner PoI-echuhe (142, 143) mit einer "oder mehreren Schleifen derart verbunden ist, daß die P,olschuhe (140 bis 143) unabhängig von der Anordnung der Schleifen, bezogen auf die Form, symmetrisch zu der Form (110), angeordnet sind.
10«, Rührapparat nach einem der Punkte 5 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß der elektromagnetische Wandler (115) .aus einem Paar koaxialer Ringe (110; 116) besteht, die untereinander durch drei oder mehr Verbindungsstücke (121 bis 123) verbunden sind und eine . Reihe geschlossener Schleifen bilden, -wobei jedes Verbindungsstück (121 bis 123) mit einer Erregerspule (124 bis 126) gekoppelt ist.
11. Rührapparat nach Punkt 10 in Verbindung mit einem der Punkte 6 bis 9» gekennzeichnet dadurch, daß die
• beiden Ringe (10; 11) koplanar und die ferromagnetiseheη Polschuhe mit den Teilen der Schleifen verbunden sind, die den inneren. Ring (10) bilden,
12. Rührapparat nach Punkt 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Ringe (10; 11) übereinander positioniert sind.
13. Rührapparat nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß der obere Ring (10) des elektromagnetischen Wandlers geringfügig über der Oberseite der Form (20). angeordnet
14. Rührapparat nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß der untere Ring (11) des elektromagnetischen Wandlers durch die Wände der Form (20) gebildet -wird.
15· Rührapparat nach einem der Punkte 12, 13 oder 14;in Verbindung mit einem der Punkte 6 bis 9» gekennzeichnet dadurch, daß die einzelnen Polschuhe (128 bis 13.0) zwischen den beiden Ringen (i10j 116) angeordnet sind.
16, Rührapparat nach einem der Punkte 10 b*is 15, gekennzeichnet dadurch, daß der innere oder obere Ring (10) im wesentlichen dieselbe Konfiguration aufweist, wie die offene Oberseite der Form (20),
17. Rührapparat nach einem der Punkte 4, 6, 7, 8, 9» 11 oder 15» gekennzeichnet dadurch, daß die ferromagnetischen Polschuhe (127 bis 130) eine mehrschichtige Konstruktion aufweisen.
18«. Rührapparat nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß die exponierten Kanten der einzelnen Schichten (1^0) der mehrschichtigen Polschuhe (127 bis 130) durch Platten (151) aus einem nichtferromagnetischen Material abgedeckt sind. · · . ·
19· Rührapparat nach Punkt 18, gekennzeichnet dadurch, daß die Abdeckplatten (i51) aus nichtrostendem Stahl gefertigt sind. · ·
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20. Rührapparat nach einem der Punkte 3 bis' 19, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrischen Leiter (116 bis 122) aus Kupfer hergestellt sind« ,
21. Rührapparat nach einem der Punkte 3 bis 20, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrischen Leiter (10 bis 14). gekühlt sind.
22. Eührapparat nach Punkt 21, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrischen Leiter (12 bis 14) mit Rohrleitungen
• (30) ausgestattet sind, durch die ein Kühlmittel' zirkulieren kann, . .
23. Rührapparat nach einem der Punkte 4 bis 22, gekennzeichnet dadurch, daß jede Erregerspule (15 bis 17) um ihren zugehörigen elektrischen Leiter (12 bis 14) gewickelt ist«
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(127 bis 130) verbunden sind, um einen Feldlinienverlauf mit einem geringen magnetischen Widerstand zu ergeben, derart, daß Streuverluste des Magnetfeldes (M) über den Leitern (117 bis 120) reduziert -werden und das Feld unterhalb der Leiter (117 bis 120) konzentriert wird0
24. Rührapparat nach einem der Punkte 4 bis 22, gekennzeichnet dadurch, daß die Erregerspulen (15 1Ms 17)
• über ferromagnetische Kerne (33) mit den Leitern gekoppelt sind.
25. Rührapparat nach einem der Punkte 3 bis 24, gekennzeichnet dadurch, daß die Mehrphasen-Wechselstromversorgung eine Frequenz von 50 Hz bis 60 Hz aufweist,
26. Rührapparat nach einem der Punkte 3 bis 25, gekennzeichnet dadurch, daß der Strom in den Leitern (10 bis 14; 116 bis 123) wenigstens 10 000 A bei einem Spannungsabfall von etwa 1 oder 2 V be-trägt,
- Hierzu 8 Seiten Zeichnungen -
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